JP7053605B2 - Improved method for making carbon molecular sieve hollow fiber membranes - Google Patents
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Description
本発明は、ガス分離において使用するための炭素分子篩（ＣＭＳ）膜に関する。特に、本発明は、特定のポリイミドからＣＭＳ膜を製造するための方法に関する。 The present invention relates to carbon molecular sieve (CMS) membranes for use in gas separation. In particular, the present invention relates to a method for producing a CMS film from a specific polyimide.
膜は、例えば、天然ガスからのＣＯ２およびＨ２Ｓ等の酸性ガスの分離、ならびに空気からのＯ２の除去を含む、ガスおよび液体の分離に広く使用されている。かかる膜を通したガス輸送は、一般的に、収着－拡散機構によってモデル化される。目下、ポリマー膜は、かなり研究されており、容易に処理が可能で、低費用であるため、ガスの分離に広く利用可能である。しかしながら、ＣＭＳ膜は、高分子膜のものを超える魅力的な分離性能特性を有することが示されている。 Membranes are widely used for gas and liquid separation, including, for example, the separation of acid gases such as CO 2 and H 2S from natural gas, and the removal of O 2 from air. Gas transport through such membranes is generally modeled by an sorption-diffusion mechanism. At present, polymer membranes are well studied, easy to process and low cost, so they are widely available for gas separation. However, CMS membranes have been shown to have attractive separation performance properties that surpass those of polymer membranes.
ポリイミドは、ＣＭＳ膜を形成するために多くの異なる条件下で熱分解されてきた。米国特許第６，５６５，６３１号は、真空下および微量の酸素を有する不活性ガス下での熱分解を開示している。炭素膜を製造するためのプロセス（非対称中空「フィラメント状」シートおよび平らなシートの両方）ならびにガス分離のための用途について記載している他の特許としては、例えば、米国特許第５，２８８，３０４号および欧州特許第０４５９６２３号が挙げられる。ＳｔｅｅｌおよびＫｏｒｏｓは、炭素膜の性能に対する熱分解温度、熱浸漬時間、およびポリマー組成物の影響の詳細な調査を実施した。（Ｋ．Ｍ．Ｓｔｅｅｌ ａｎｄ Ｗ．Ｊ．Ｋｏｒｏｓ，Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ Ｇａｓ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｃａｒｂｏｎ，４１，２５３（２００３）；Ｋ．Ｍ．Ｓｔｅｅｌ ａｎｄ Ｗ．Ｊ．Ｋｏｒｏｓ，Ａｎ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｎ Ｇａｓ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｃａｒｂｏｎ，４３，１８４３（２００５））。これらの研究では、膜は０．０３ｍｍＨｇ圧力の空気雰囲気中で製造された。 Polyimides have been pyrolyzed under many different conditions to form CMS films. U.S. Pat. No. 6,565,631 discloses pyrolysis under vacuum and under an inert gas with trace amounts of oxygen. Other patents describing the process for producing carbon membranes (both asymmetric hollow "filamentate" sheets and flat sheets) and applications for gas separation include, for example, US Pat. No. 5,288, 304 and European Patent No. 0459623 are mentioned. Steel and Koros conducted a detailed investigation of the effects of pyrolysis temperature, thermal immersion time, and polymer composition on the performance of carbon membranes. (KM Steel and W.J. Koros, Investigation of Porosity of Carbon Materials and Selected Effects on Gas Separation Properties, Carbon, 41,253 (2003); of the Effects of Pyrolysis Parameters on Gas Separation Properties of Carbon Materials, Carbon, 43, 1843 (2005)). In these studies, membranes were produced in an air atmosphere with a pressure of 0.03 mmHg.
熱分解雰囲気の影響が研究されている。ＳｕｄａおよびＨａｒａｙａは、異なる環境下でのＣＭＳ膜の形成について開示した。（Ｈ．Ｓｕｄａ ａｎｄ Ｋ．Ｈａｒａｙａ，Ｇａｓ Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｍｉｃｒｏｐｏｒｅｓ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｉｅｖｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ Ｄｅｒｉｖｅｄ Ｆｒｏｍ Ｋａｐｔｏｎ Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，１０１，３９８８（１９９７））。同様に、ＧｅｉｓｚｌｅｒおよびＫｏｒｏｓは、ヘリウムおよびアルゴン中でのフッ素化ポリイミドの熱分解から製造されたＣＭＳ繊維に関するＯ２／Ｎ２およびＨ２／Ｎ２双方の分離についての結果を開示した。（Ｖ．Ｃ．Ｇｅｉｓｚｌｅｒ ａｎｄ Ｗ．Ｊ．Ｋｏｒｏｓ，Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ Ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｏｎ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｉｅｖｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ，Ｉｎｄ．Ｅｎｇ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．，３５，２９９９（１９９６））。 The effects of pyrolysis atmosphere are being studied. Suda and Haraya have disclosed the formation of CMS membranes under different environments. (H. Suda and K. Haraya, Gas Permeation Micropores of Carbon Molecular Sieve Membranes Derived From Kapton Polyimide, J.P. Similarly, Geiszler and Koros disclosed the results for the separation of both O 2 / N 2 and H 2 / N 2 for CMS fibers produced from the thermal decomposition of fluorinated polyimide in helium and argon. (VC Geiszler and W.J. Koros, Effects of Polyimide Pyrolysis Atmosphere on Separation Performance Performance of Carbon Molecular Sieve 19
薄い緻密な分離層および厚い内部多孔質支持構造を有する、ポリイミド由来の非対称中空繊維ＣＭＳ膜を製造するとき、望ましくない構造崩壊を有していない中空繊維を作製することは困難であった。構造崩壊は、望ましくないより厚い分離層をもたらし、その結果として、所望の透過ガスの透過度が悪くなり、繊維が商業的に実用的でなくなる。（Ｌ．Ｘｕ，ｅｔ ａｌ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，３８０（２０１１），１３８－１４７を参照されたい）。 When producing an asymmetric hollow fiber CMS film derived from polyimide, which has a thin dense separation layer and a thick internal porous support structure, it has been difficult to produce a hollow fiber having no undesired structural collapse. Structural collapse results in an undesired thicker separation layer, resulting in poor permeability of the desired permeation gas, making the fiber commercially impractical. (See L. Xu, et al. Journal of Membrane Science, 380 (2011), 138-147).
この問題に取り組むために、米国特許第９，２１１，５０４号などに複雑で難解な方法が記載されている。この特許では、ポリイミドの内部多孔質壁上でビニル架橋を受けるゾル－ゲルシリカの適用により、熱分解中の構造崩壊が減少して中空繊維ＣＭＳ膜が形成されることを記載している。近時、ＷＯ２０１６／０４８６１２は、式１に示される化学量論比を有する、６ＦＤＡ／ＢＰＤＡ－ＤＡＭなどの特定のポリイミドに関する別の特定の予備酸化を記載している。式１は、６ＦＤＡ／ＢＰＤＡ－ＤＡＭの化学構造を示しており、式中、ＸおよびＹは各々１であり、１：１の比を提供する。 To address this issue, US Pat. Nos. 9,211 and 504 describe complex and esoteric methods. The patent describes that the application of sol-gel silica undergoing vinyl cross-linking on the internal porous wall of polyimide reduces structural disintegration during thermal decomposition to form a hollow fiber CMS film. Recently, WO2016 / 048612 describes another particular pre-oxidation for a particular polyimide such as 6FDA / BPDA-DAM, which has the stoichiometric ratio shown in Formula 1. Formula 1 shows the chemical structure of 6FDA / BPDA-DAM, where X and Y are 1 each, providing a 1: 1 ratio.
予備酸化を受けた後のこのポリイミドは、熱分解の間および後において、構造崩壊を改善し、繊維の粘着を低下させることが報告されている。 This polyimide after undergoing pre-oxidation has been reported to improve structural decay and reduce fiber adhesion during and after thermal decomposition.
上記の問題のいずれか１つを回避するポリイミド膜を作製する方法を提供することが望ましい。特に、炭素分子篩膜を形成するために、ポリイミド膜の熱分解前に、熱処理または処理を含む任意のさらなるプロセスステップを含まない方法を提供することが望ましい。 It is desirable to provide a method of making a polyimide film that avoids any one of the above problems. In particular, it is desirable to provide a method that does not include any further process steps, including heat treatment or treatment, prior to the thermal decomposition of the polyimide membrane to form the carbon molecular sieve membrane.
発明の第１の態様は、非対称中空繊維炭素分子篩を作製する方法であって、
（ｉ）ポリイミドと溶媒とからなるドープ溶液を提供することであって、ポリイミドは、２５０℃を超える温度において最小の貯蔵弾性率を有し、それは、２５０℃の温度での貯蔵弾性率より小さいが、２５０℃からポリイミドが炭化する温度までの動的機械熱分析を用いて測定した場合１／１０以下である、ドープ溶液を提供することと、
（ｉｉ）そのドープ溶液を成形して中空繊維を形成することと、
（ｉｉｉ）その中空繊維から溶媒を除去してポリイミド中空繊維を形成することと、
（ｉｖ）そのポリイミド中空繊維を非酸化性である雰囲気中で加熱して非対称中空繊維炭素分子篩を形成することと、を含む。
The first aspect of the invention is a method for producing asymmetric hollow fiber carbon molecular sieves.
(I) To provide a dope solution consisting of a polyimide and a solvent, wherein the polyimide has a minimum storage modulus at a temperature above 250 ° C., which is smaller than the storage modulus at a temperature of 250 ° C. To provide a dope solution, which is less than 1/10 when measured using dynamic mechanical thermal analysis from 250 ° C. to the temperature at which the polyimide carbonizes.
(Ii) Forming the dope solution to form hollow fibers,
(Iii) To form a polyimide hollow fiber by removing a solvent from the hollow fiber,
(Iv) The polyimide hollow fiber is heated in a non-oxidizing atmosphere to form an asymmetric hollow fiber carbon molecular sieve.
本発明の方法は、構造崩壊が減少した、または構造崩壊がないＣＭＳ非対称膜の実現を可能にし、所望のガスペアに対して選択率および透過率の改善された組み合わせをもたらすことができる。実例として、その方法は、標的透過ガス分子（例えば水素／エチレンを含有するガス中の水素）のより高い透過度を今までどおり有しながら、同様のサイズのガス分子（例えば水素／エチレン、エチレン／エタン、プロピレン／プロパン、およびブチレン／ブタン）に対して良好な選択率を有するＣＭＳ膜を可能にする。すなわち、選択率／透過度（生産性）は、２５０℃超において貯蔵弾性率挙動を示さないポリイミドを使用して作製されたＣＭＳ非対称中空繊維膜と比較して、実質的に改善される。 The methods of the invention allow the realization of CMS asymmetric membranes with reduced or no structural disruption and can result in improved selectivity and permeability combinations for the desired gas pair. As an example, the method still has the higher permeability of the target permeation gas molecule (eg hydrogen in a gas containing hydrogen / ethylene), but the gas molecule of similar size (eg hydrogen / ethylene, ethylene). Allows CMS membranes with good selectivity for (/ ethane, propylene / propane, and butylene / butane). That is, the selectivity / permeability (productivity) is substantially improved as compared with the CMS asymmetric hollow fiber membrane made using polyimide which does not exhibit the storage modulus behavior above 250 ° C.
本発明の第２の態様は、ガス分子と少なくとも１つの他のガス分子とから成るガス供給から、ガス分子を分離するためのプロセスであって、
（ｉ）第１の態様の方法により製造された中空繊維炭素分子篩を提供することと、
（ｉｉ）ガス供給を該非対称中空繊維炭素分子篩を通して流して、増加濃度のガス分子を有する第１の流れと、増加濃度の他のガス分子を有する第２の流れとを製造することと、を含む。
A second aspect of the invention is a process for separating a gas molecule from a gas supply consisting of the gas molecule and at least one other gas molecule.
(I) To provide hollow fiber carbon molecular sieves produced by the method of the first aspect.
(Ii) Flowing a gas supply through the asymmetric hollow fiber carbon molecular sieves to produce a first stream with increased concentrations of gas molecules and a second stream with increased concentrations of other gas molecules. include.
第３の態様は、複数の非対称中空繊維炭素分子篩からなる密閉可能なエンクロージャを備えるガス分離モジュールであって、そのガス分離モジュールは、密封可能なエンクロージャ内に含有された第１の態様の少なくとも１つの非対称中空繊維炭素分子篩と、少なくとも２つの異なるガス分子からなるガス供給を導入するための入口と、透過ガス流の流出を可能にするための第１の出口と、残余ガス流の流出のための第２の出口と、を含む。 A third aspect is a gas separation module comprising a sealable enclosure comprising a plurality of asymmetric hollow fiber carbon molecular sieves, wherein the gas separation module is at least one of the first aspects contained within the sealable enclosure. Two asymmetric hollow fiber carbon molecular sieves, an inlet for introducing a gas supply consisting of at least two different gas molecules, a first outlet for allowing the outflow of permeated gas flow, and an outflow of residual gas flow. Includes a second exit and.
ガス分離方法は、エタン／エチレンおよびプロパン／プロピレン等の非常に類似した分子径を有するガス供給中のガス分子を分離するために特に有用である。大気空気から酸素等のガスを分離する、または天然のガス供給中のガス（例えば、メタン）を分離するためにも使用され得る。 Gas separation methods are particularly useful for separating gas molecules in a gas supply having very similar molecular diameters such as ethane / ethylene and propane / propylene. It can also be used to separate gases such as oxygen from atmospheric air, or to separate gases (eg, methane) in a natural gas supply.
非対称中空繊維炭素分子篩（中空繊維ＣＭＳ）は、繊維の外面に薄い緻密層と、繊維の内面により厚い多孔質支持層と、を有するポリイミド中空繊維から形成される。中空繊維は実質的に欠陥がないことが望ましい。中空繊維膜を通る、典型的には酸素（Ｏ２）および窒素（Ｎ２）であるガスペアに対する選択率が、ポリマー前駆体中空繊維膜を作製するために使用されたものと同じ組成物から調製された緻密フィルムを通る同じガスペアに対する選択率の少なくとも９０パーセントであるとき、「欠陥がない」と判定される。 Asymmetric hollow fiber carbon molecular sieves (hollow fiber CMS) are formed from polyimide hollow fibers having a thin dense layer on the outer surface of the fiber and a thicker porous support layer on the inner surface of the fiber. It is desirable that the hollow fibers are substantially free of defects. The selectivity for gas pairs, typically oxygen (O 2 ) and nitrogen (N 2 ), through the hollow fiber membrane is prepared from the same composition used to make the polymer precursor hollow fiber membrane. It is determined to be "defective" when it is at least 90 percent of the selectivity for the same gas pair through the dense film.
ポリイミド中空繊維を作製するとき、当技術分野で既知の従来の手順を使用してもよい（例えば米国特許第５，８２０，６５９号、第５，０８５，７７４号、第４，１２７，６２５号、第４，８６７，９３４号、第４，１１３，６２８号、第４，３７８，３２４号、第４，４６０，５２６号、第４，４７４，６６２号、第４，４８５，０５６号、第４，５１２，８９３号、および第４，７１７，３９４号）。例示的な方法としては、乾式ジェット／湿式急冷紡糸プロセス（紡糸口金の先端と凝固浴または急冷浴との間に空隙が存在する）または湿式紡糸法（空隙距離ゼロ）などの共押出手順が挙げられ、中空繊維を作製するために使用することができる。 Conventional procedures known in the art may be used when making polyimide hollow fibers (eg, US Pat. Nos. 5,820,659, 5,085,774, 4,127,625. , 4,867,934, 4,113,628, 4,378,324, 4,460,526, 4,474,662, 4,485,056, No. 4,512,893, and 4,717,394). Illustrative methods include co-extrusion procedures such as dry jet / wet quench spinning process (there is a void between the tip of the spinneret and the coagulation bath or quenching bath) or the wet spinning method (zero void distance). And can be used to make hollow fibers.
ポリイミド中空繊維を作製するために、ドープ溶液が、紡糸プロセス用に調製され、そのドープ溶液はポリイミドと溶媒とからなる。中空繊維を作製するとき、典型的には、ドープ溶液は、使用されるポリイミドを可溶化する溶媒と、ポリイミドを可溶化しない（または限られた範囲で可溶化する）が、ポリイミドを可溶化する溶媒とは可溶性である第２の溶媒との混合物である。ポリイミドを可溶化するのに有用な例示的な溶媒としては、極性非プロトン性溶媒、例えばＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、およびジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）が挙げられる。ポリイミドを可溶化しないがポリイミドを可溶化する溶媒と可溶性である例示的な溶媒としては、メタノール、エタノール、水、および１－プロパノールが挙げられる。中空繊維の実用的な形成を容易にするために、一般に、ポリイミドは、ドープ溶液の少なくとも約１０重量％～４０重量％の量で溶解させる必要がある。望ましくは、可溶化されるポリイミドの量は少なくとも１２％、１５％、１８％、または２０％である。かかるドープ溶液は、不揮発性溶媒（例えばＮＭＰ）および揮発性溶媒（例えばＴＨＦおよびエタノール）の両方からなる。空隙中の揮発性溶媒（沸点＜１００℃）の蒸発は、繊維の外面上において緻密な表皮層の形成を促進し、非対称繊維構造を作り出す。 To make polyimide hollow fibers, a dope solution is prepared for the spinning process, the dope solution consisting of a polyimide and a solvent. When making hollow fibers, the dope solution typically does not (or to a limited extent) solubilize the polyimide with the solvent used to solubilize the polyimide, but solubilizes the polyimide. The solvent is a mixture with a second solvent that is soluble. Illustrative solvents useful for solubilizing polyimide include polar aprotic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), tetrahydrofuran (THF), dimethylacetamide (DMAc), and dimethylformamide (DMF). ). Exemplary solvents that do not solubilize polyimide but solubilize polyimide and which are soluble include methanol, ethanol, water, and 1-propanol. To facilitate the practical formation of hollow fibers, polyimide generally needs to be dissolved in an amount of at least about 10% to 40% by weight of the dope solution. Desirably, the amount of solubilized polyimide is at least 12%, 15%, 18%, or 20%. Such a dope solution consists of both a non-volatile solvent (eg NMP) and a volatile solvent (eg THF and ethanol). Evaporation of the volatile solvent (boiling point <100 ° C.) in the voids promotes the formation of a dense epidermal layer on the outer surface of the fiber, creating an asymmetric fiber structure.
ポリイミドは、２５０℃を超える温度において最小の貯蔵弾性率を有し、それは、２５０℃の温度での貯蔵弾性率より小さいが、２５０℃からポリイミドが炭化する温度までの動的機械熱分析を用いて測定した場合１／１０以上である。決して束縛されるものではないが、２５０℃超における貯蔵弾性率の最小値は、炭化の前にガラス転移などを受けているポリイミドに相関または帰し得るか、または相関または帰すことができる。ポリイミドが炭化する温度（ポリイミドが非酸化性雰囲気中で分解して炭素を形成し始める温度）は変化し得るが、一般に４００℃超であり、必然的には、５００℃以上、または５５０℃の温度で炭化する。ポリイミドは好ましくは熱可塑性樹脂である。 Polyimide has a minimum storage modulus at temperatures above 250 ° C, which is smaller than the storage modulus at a temperature of 250 ° C, but uses dynamic mechanical thermal analysis from 250 ° C to the temperature at which the polyimide carbonizes. It is 1/10 or more when measured. Although not bound by any means, the minimum storage modulus above 250 ° C. can, or can be correlated or attributed to, a polyimide that has undergone a glass transition or the like prior to carbonization. The temperature at which the polyimide carbonizes (the temperature at which the polyimide begins to decompose in a non-oxidizing atmosphere to form carbon) can vary, but is generally above 400 ° C, necessarily above 500 ° C or at 550 ° C. Carbonizes at temperature. Polyimide is preferably a thermoplastic resin.
動的機械熱分析は、長さ１５ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．０２２ｍｍの一般寸法を有するポリイミドの薄いフィルムサンプルを用いて行う。測定中、サンプルをＮ２パージ下に保つ。フィルムを最初に２５０℃に加熱し、この温度で１５分間平衡化する。その後、温度を４℃／分の速度で５３５℃に、最後に０．２５℃／分の速度で５５０℃に上昇させる。振動周波数は６．２８ｒａｄ／秒に設定し、歪み振幅は０．１％に設定する。使用することができる例示の動的機械熱分析器はＴＡ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｎｅｗ Ｃａｓｔｌｅ，ＤＥからのＲＳＡ ＩＩＩレオメーターである。 Dynamic mechanical thermal analysis is performed using a thin film sample of polyimide having general dimensions of length 15 mm, width 5 mm and thickness 0.022 mm. Keep the sample under N 2 purge during the measurement. The film is first heated to 250 ° C. and equilibrated at this temperature for 15 minutes. The temperature is then raised to 535 ° C. at a rate of 4 ° C./min and finally to 550 ° C. at a rate of 0.25 ° C./min. The vibration frequency is set to 6.28 rad / sec and the strain amplitude is set to 0.1%. An exemplary dynamic mechanical thermal analyzer that can be used is the RSA III Leometer from TA Instruments, New Castle, DE.
一般に、上記貯蔵弾性率特性を有するポリイミドは芳香族ポリイミドである。有用であり得る芳香族ポリイミドは、米国特許第４，９８３，１９１号のカラム２の６５行目からカラム５の２８行目に記載されている。有用であり得る他の芳香族ポリイミドは、米国特許第４，７１７，３９４号、第４，７０５，５４０号、およびｒｅ３０３５１に記載されている。望ましい芳香族ポリイミドは、典型的には、二無水物とジアミンとの反応生成物であり、その反応は、ポリアミド酸中間体を形成し、続いてこれを閉環して化学的および／または熱的脱水によりポリイミドを形成することによって進行すると理解される。好ましくは、二無水物は、二無水物内に回転自由度を有しない二無水物からなり、それは芳香族部分間に、芳香環が互いに対して回転することを可能にする単結合が存在しないことを意味している。別の実施形態では、ポリイミドを作製するために使用される各二無水物は回転自由度を有していない。別の実施形態では、二無水物は、回転自由度を有するまたは有しない二無水物の組み合わせである。回転自由度を有しない二無水物の例としては、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）および１，４，５，８－ナフタレンテトラカルボン酸二無水物（ＮＴＤＡ）が挙げられる。回転自由度を有する二無水物の例としては、ベンゾフェノン－３，３’，４，４’－テトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）、５，５’－［２，２，２－トリフルオロ－１－（トリフルオロメチル）エチリデン］－１，３－イソベンゾフランジオン（６ＦＤＡ）、および３，３’，４，４’－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）が挙げられる。芳香族二無水物の組み合わせが企図される。 Generally, the polyimide having the storage elastic modulus characteristic is an aromatic polyimide. Aromatic polyimides that may be useful are described in US Pat. No. 4,983,191, columns 65 to 28 of column 5. Other aromatic polyimides that may be useful are described in US Pat. Nos. 4,717,394, 4,705,540, and re30351. The desired aromatic polyimide is typically the reaction product of dianhydride and diamine, the reaction of which forms a polyamic acid intermediate, which is subsequently cleaved and chemically and / or thermally. It is understood that it proceeds by forming a polyimide by dehydration. Preferably, the dianhydride consists of dianhydrides that do not have rotational degrees of freedom within the dianhydride, it is free of single bonds between the aromatic moieties that allow the aromatic rings to rotate relative to each other. It means that. In another embodiment, each dianhydride used to make the polyimide does not have rotational degrees of freedom. In another embodiment, the dianhydride is a combination of dianhydrides with or without rotational degrees of freedom. Examples of dianhydrides having no degree of freedom of rotation include pyromellitic dianhydride (PMDA) and 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic dianhydride (NTDA). Examples of dianhydrides with rotational freedom are benzofuran-3,3', 4,4'-tetracarboxylic dianhydride (BTDA), 5,5'-[2,2,2-trifluoro-. 1- (Trifluoromethyl) ethylidene] -1,3-isobenzofuranhydride (6FDA), and 3,3', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (BPDA) can be mentioned. A combination of aromatic dianhydrides is contemplated.
ポリイミドを作製するために使用されるジアミンは、回転自由度を有していてもいなくてもよい。特定の実施形態では、ジアミンは、回転自由度を有するジアミンおよび回転自由度を有しないジアミンからなる（単一の芳香環を有するジアミンは、上記二無水物について記載したのと同じ様式で回転自由度を有しないジアミンに含まれる）。ジアミンは回転自由度を有しないことが望ましく、特に芳香族ジアミンは芳香環を１つだけ有する。回転自由度を有しないジアミンの例としては、２，４，６－トリメチル－１，３－フェニレンジアミン（ＤＡＭ）、３，５－ジアミノ安息香酸（ＤＡＢＡ）、２，３，５，６－テトラメチル－１，４－フェニレンジアミン（ジュレン）、ジメチル－３，７－ジアミノジフェニル－チオフェン－５，５’－ジオキシド（ＤＤＢＴ）、メタ－フェニレンジアミン（ｍ－ＰＤＡ）、パラ－フェニレンジアミン、および２，４－ジアミノトルエン（２，４－ＤＡＴ）が挙げられる。回転自由度を有するジアミンの例としては、４，４’－オキシジアニリン（ＯＤＡ）、テトラメチルメチレンジアニリン（ＴＭＭＤＡ）、および４，４’－ジアミノ２，２’－ビフェニルジスルホン酸（ＢＤＳＡ）が挙げられる。 The diamine used to make the polyimide may or may not have rotational degrees of freedom. In certain embodiments, the diamine consists of a diamine having a degree of freedom of rotation and a diamine having no degree of freedom of rotation (the diamine having a single aromatic ring is free to rotate in the same manner as described for the dianhydride above. Included in diamines that do not have degrees of freedom). It is desirable that diamines do not have rotational degrees of freedom, and in particular aromatic diamines have only one aromatic ring. Examples of diamines that do not have rotational freedom are 2,4,6-trimethyl-1,3-phenylenediamine (DAM), 3,5-diaminobenzoic acid (DABA), 2,3,5,6-tetra. Methyl-1,4-phenylenediamine (durene), dimethyl-3,7-diaminodiphenyl-thiophene-5,5'-dioxide (DDBT), meta-phenylenediamine (m-PDA), para-phenylenediamine, and 2 , 4-Diaminotoluene (2,4-DAT). Examples of diamines with rotational degrees of freedom are 4,4'-oxydianiline (ODA), tetramethylmethylenedianiline (TMMDA), and 4,4'-diamino 2,2'-biphenyldisulfonic acid (BDSA). Can be mentioned.
特定の実施形態では、ポリイミドは、回転自由度を有する二無水物および回転自由度を有しない二無水物と、回転自由度を有しないジアミン、特に芳香環を１つだけ有する芳香族ジアミンとの組み合わせの反応生成物である。かかるポリイミドの特定の実施形態は、以下の式２で表されるポリイミド６ＦＤＡ／ＰＭＤＡ－ＤＡＭによって例示され、 In certain embodiments, the polyimide comprises a dianhydride having a degree of freedom of rotation and a dianhydride having no degree of freedom of rotation, and a diamine having no degree of freedom of rotation, particularly an aromatic diamine having only one aromatic ring. It is a combination reaction product. A particular embodiment of such a polyimide is exemplified by the polyimide 6FDA / PMDA-DAM represented by the following formula 2.
式中、ＸおよびＹは、ポリイミドを作製するために使用される各二無水物のモル分率を表し、ＸおよびＹは合計１であり、ｎは繰り返し単位の数を表す整数を表し、ｎは本明細書に記載の重量平均分子量を実現するための任意の値であり得る。望ましくは、Ｙは０．２５、０．３、または０．４から０．９、０．８または０．７５である。６ＦＤＡ／ＰＭＤＡ－ＤＡＭを作製するために使用される各モノマーは、例えばＳｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｏ．ＬＬＣ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯまたはＴＣＩ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｐｏｒｔｌａｎｄ，ＯＲから市販されている。 In the formula, X and Y represent the mole fraction of each dianhydride used to make the polyimide, X and Y represent a total of 1, and n represents an integer representing the number of repeating units, n. Can be any value to achieve the weight average molecular weight described herein. Desirably, Y is 0.25, 0.3, or 0.4 to 0.9, 0.8 or 0.75. Each monomer used to make 6FDA / PMDA-DAM is, for example, Sigma-Aldrich Co., Ltd. LLC, St. Commercially available from Louis, MO or TCI America, Portland, OR.
一般に、ポリイミドは、取り扱いおよびその後の熱分解に必要な強度を有するポリイミド繊維を形成するのに十分な分子量を有するが、中空繊維を形成可能なドープ溶液を作製するための溶解ができなくなるほどには分子量は大きくない。典型的には、ポリイミドの重量平均（Ｍｗ）分子量は、３０～２００ｋＤａであるが、望ましくは４０～７０ｋＤａである。ポリマー分子量は、二無水物対ジアミンモノマーの化学量論比、モノマー純度、ならびに単官能性末端封鎖剤、例えばモノアミン（すなわちアニリン、３－エチニルアニリン）およびモノ無水物（すなわち無水フタル酸、無水コハク酸、無水マレイン酸）の使用によって制御することができる。 Generally, polyimide has a molecular weight sufficient to form polyimide fibers having the strength required for handling and subsequent thermal decomposition, but to the extent that it cannot be dissolved to prepare a dope solution capable of forming hollow fibers. Is not large in molecular weight. Typically, the weight average (M w ) molecular weight of the polyimide is 30-200 kDa, preferably 40-70 kDa. The polymer molecular weight is the chemical ratio of dianhydride to diamine monomer, monomer purity, and monofunctional end-blocking agents such as monoamine (ie aniline, 3-ethynylaniline) and monoanhydride (ie phthalic anhydride, succinic anhydride). It can be controlled by the use of acid (maleic anhydride).
ドープ溶液の形成後、その溶液を上記のように中空繊維に成形する。成形後、溶媒は、例えば孔崩壊を防ぐために他の溶媒（例えばメタノールおよびヘキサン）と交換してもよく、また溶媒は、任意の簡便な方法によって、例えば熱、真空、流動ガス、またはそれらの組み合わせの適用によって、さらに除去する。溶媒は当技術分野において既知のものが挙げられる。 After forming the dope solution, the solution is formed into hollow fibers as described above. After molding, the solvent may be replaced with other solvents (eg methanol and hexanes), eg to prevent pore disintegration, and the solvent may be, for example, heat, vacuum, fluid gas, or theirs by any convenient method. Further removal by application of the combination. Examples of the solvent include those known in the art.
溶媒を除去した後、形成された中空ポリイミド繊維を熱分解させて非対称中空繊維炭素分子篩を形成する。中空ポリイミド繊維は、様々な不活性ガスパージ下または真空条件下、好ましくは不活性ガスパージ条件下、真空熱分解のために、好ましくは低圧（例えば０．１ミリバール未満）で熱分解することができる。米国特許第６，５６５，６３１号および同時係属中の米国仮特許出願第６２／３１０，８３６号は、ポリイミド繊維を熱分解してＣＭＳ中空繊維を形成するのに好適な加熱方法を記載しており、その各々は参照により本明細書に組み込まれる。約４５０℃～約８００℃の熱分解温度が効果的に使用され得る。熱分解温度は、得られるＣＭＳ中空繊維膜の性能特性を調整するために熱分解雰囲気と組み合わせて調節することができる。例えば、熱分解温度は１０００℃以上であってもよい。場合によっては、熱分解温度は約５００℃～約５５０℃に保持する。熱分解浸漬時間（すなわち熱分解温度での時間の長さ）は変えることができる（浸漬時間を含まなくてもよい）が、効果的には、約１時間～約１０時間、あるいは約２時間～約８時間、あるいは約４時間～約６時間である。例示的な加熱プロトコルは、約７０℃の第１の設定点で開始し、次いで毎分約１３．３℃の速度で約２５０℃の第２の設定点まで加熱し、次いで毎分約３．８５℃の速度で約５３５℃の第３の設定点まで加熱し、次いで毎分約０．２５℃の速度で約５５０℃の第４の設定点まで加熱すること、を含むことができる。次いで、第４の設定点は、場合によっては、決定した浸漬時間の間保持する。加熱サイクルの完了後、システムは、典型的には、まだ真空下または制御された雰囲気中にある間に冷却してもよい。 After removing the solvent, the formed hollow polyimide fibers are thermally decomposed to form asymmetric hollow fiber carbon molecular sieves. Hollow polyimide fibers can be pyrolyzed under various inert gas purges or under vacuum conditions, preferably under inert gas purge conditions, preferably at low pressures (eg, less than 0.1 millibar) for vacuum pyrolysis. U.S. Pat. No. 6,565,631 and co-pending U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 310,836 describe a heating method suitable for thermally decomposing polyimide fibers to form CMS hollow fibers. Each of which is incorporated herein by reference. Pyrolysis temperatures of about 450 ° C to about 800 ° C can be effectively used. The pyrolysis temperature can be adjusted in combination with the pyrolysis atmosphere to adjust the performance characteristics of the resulting CMS hollow fiber membrane. For example, the thermal decomposition temperature may be 1000 ° C. or higher. In some cases, the pyrolysis temperature is maintained at about 500 ° C to about 550 ° C. The pyrolysis immersion time (ie, the length of time at the pyrolysis temperature) can be varied (may not include the immersion time), but is effectively about 1 hour to about 10 hours, or about 2 hours. ~ About 8 hours, or about 4 hours to about 6 hours. An exemplary heating protocol starts at a first set point of about 70 ° C., then heats to a second set point of about 250 ° C. at a rate of about 13.3 ° C. per minute, and then about 3. It can include heating to a third set point at about 535 ° C. at a rate of 85 ° C. and then to a fourth set point at about 550 ° C. at a rate of about 0.25 ° C. per minute. The fourth set point is then retained, in some cases, for the determined immersion time. After the heating cycle is complete, the system may typically be cooled while still under vacuum or in a controlled atmosphere.
一実施形態では、熱分解は、低レベルの酸素が不活性ガス中に存在する制御されたパージガス雰囲気を熱分解中に利用する。例として、アルゴン等の不活性ガスが、パージガス雰囲気として使用される。他の好適な不活性ガスには、窒素、ヘリウム、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。弁等の任意の好適な方法を使用することによって、特定の濃度の酸素を含有する不活性ガスが、熱分解雰囲気に導入され得る。例えば、パージ雰囲気中の酸素の量は、約５０ｐｐｍ（百万分率）未満のＯ２／Ａｒであり得る。あるいは、パージ雰囲気中の酸素の量は、４０ｐｐｍ未満のＯ２／Ａｒであり得る。実施形態は、約８ｐｐｍ、７ｐｐｍ、または４ｐｐｍのＯ２／Ａｒを有する熱分解雰囲気を含む。 In one embodiment, pyrolysis utilizes a controlled purge gas atmosphere in which low levels of oxygen are present in the inert gas during pyrolysis. As an example, an inert gas such as argon is used as the purge gas atmosphere. Other suitable inert gases include, but are not limited to, nitrogen, helium, or any combination thereof. By using any suitable method, such as a valve, an inert gas containing a particular concentration of oxygen can be introduced into the pyrolysis atmosphere. For example, the amount of oxygen in the purge atmosphere can be O 2 / Ar less than about 50 ppm (parts per million). Alternatively, the amount of oxygen in the purge atmosphere can be less than 40 ppm O 2 / Ar. Embodiments include a pyrolysis atmosphere with about 8 ppm, 7 ppm, or 4 ppm O 2 / Ar.
熱分解後、形成されたＣＭＳ膜はそれ以上熱分解が起こらない温度に冷却する。一般に、これは、分解生成物が前駆体ポリマーから発生しないであろう温度であり、ポリマーごとに異なることがある。一般に、温度は２００℃以下であり、典型的には、温度は１００℃、５０℃、または本質的には典型的な周囲温度（２０～４０℃）とされる。冷却は、受動的冷却（例えば、炉への電力を遮断し、自然に冷却させる）などの任意の有用な速度であり得る。あるいは、断熱材を除去するなどのより速い冷却を実現するための既知の技術を使用すること、または冷却ファンもしくは水冷ジャケットを使用することなどのように、より急速に冷却することが望ましい場合がある。 After the thermal decomposition, the formed CMS film is cooled to a temperature at which no further thermal decomposition occurs. In general, this is the temperature at which degradation products will not be generated from the precursor polymer and may vary from polymer to polymer. Generally, the temperature is 200 ° C. or lower, typically 100 ° C., 50 ° C., or essentially a typical ambient temperature (20-40 ° C.). Cooling can be any useful rate, such as passive cooling (eg, shutting off power to the furnace and allowing it to cool naturally). Alternatively, it may be desirable to use known techniques to achieve faster cooling, such as removing insulation, or to cool faster, such as by using a cooling fan or water cooling jacket. be.
冷却後、ＣＭＳ中空繊維膜は、例えば、繊維をより安定にするために、または特定のガスに関する特定の透過度／選択率を向上させるために、さらに処理される場合がある。かかるさらなる処置は、参照により本明細書に組み込まれる係属中の米国仮特許出願第６２／２６８，５５６号に記載されている。 After cooling, the CMS hollow fiber membrane may be further treated, for example, to make the fibers more stable or to improve a particular permeability / selectivity for a particular gas. Such further action is described in pending US Provisional Patent Application No. 62 / 268,556, which is incorporated herein by reference.
その方法は、該繊維の内面および外面によって画定される壁を有し、その壁は、内面から外側ミクロ多孔質領域（分離層）まで延びている内側多孔質支持領域（支持層）を有し、その外側ミクロ多孔質領域（分離層）は、内側多孔質支持領域から外面まで延びている、非対称中空繊維炭素分子篩の形成を可能にする。驚くべきことに、芳香族ポリイミドが上記の貯蔵弾性率特性を有するとき、ＰＣＴ公開第ＷＯ２０１６／０４８６１２号に記載されているような、または上記の米国特許第９，２１１，５０４号に記載されているような無機ゲルの組み込みなどの前処理をポリイミド繊維になんら施すことなく、内側多孔質支持領域の構造崩壊を回避することができ、また、外側ミクロ多孔質分離層を、望ましく薄くあるように調整することができることを発見した。構造崩壊の回避とは、一般に、非対称ポリイミド繊維中の対応する分離層が、中空繊維ＣＭＳを作製するために熱分解されたときに、その中空繊維ＣＭＳ中の分離層が、ポリイミド繊維の対応する分離層の１００％、７５％、５０％、２５％、または１０％以内の厚さを有することを意味している。例示として、ポリイミド分離層が５マイクロメートルである場合、対応するＣＭＳ繊維分離層の厚さは１０、８．７５、７．５、６．２５、または５．５マイクロメートルであり得る。望ましくは、ＣＭＳ分離層は、対応するポリイミド分離層と本質的に（約５％以下以内）同じ厚さであり得る。 The method has a wall defined by the inner and outer surfaces of the fiber, the wall having an inner porous support region (support layer) extending from the inner surface to the outer microporous region (separation layer). The outer microporous region (separation layer) allows the formation of asymmetric hollow fiber carbon molecular sieves extending from the inner porous support region to the outer surface. Surprisingly, when aromatic polyimides have the above-mentioned storage modulus properties, as described in PCT Publication No. WO2016 / 048612, or in the above-mentioned US Pat. No. 9,211,504. It is possible to avoid structural collapse of the inner porous support region without any pretreatment such as incorporation of an inorganic gel such as that in the polyimide fiber, and to make the outer microporous separation layer desirablely thin. I found that it could be adjusted. Avoidance of structural collapse generally means that when the corresponding separation layer in the asymmetric polyimide fiber is thermally decomposed to produce the hollow fiber CMS, the separation layer in the hollow fiber CMS corresponds to the polyimide fiber. It is meant to have a thickness within 100%, 75%, 50%, 25%, or 10% of the separation layer. By way of example, if the polyimide separation layer is 5 micrometers, the thickness of the corresponding CMS fiber separation layer can be 10, 8.75, 7.5, 6.25, or 5.5 micrometers. Desirably, the CMS separation layer can be essentially the same thickness (within about 5% or less) as the corresponding polyimide separation layer.
典型的には、外側分離層は、内面から外面まで延びている壁の最大１０％の厚さを有する。外側分離層は、典型的には０．０５マイクロメートル～１５マイクロメートル、望ましくは０．０５マイクロメートル～５マイクロメートル、より望ましくは０．０５～１マイクロメートルの厚さを有する。本明細書において、ミクロ多孔質とは、直径＜２ｎｍの孔を意味するものとし、メソ多孔質とは直径２～５０ｎｍを意味するものとし、マクロ多孔質とは直径＞５０ｎｍを意味するものとする。ＣＭＳにおける分離層の微細構造は、一般にミクロ多孔質を特徴とする。支持層は、一般に、孔は、ミクロ多孔質、マクロ多孔質、またはその両方であるミクロ構造を特徴とする。 Typically, the outer separating layer has a thickness of up to 10% of the wall extending from the inner surface to the outer surface. The outer separating layer typically has a thickness of 0.05 micrometer to 15 micrometers, preferably 0.05 micrometer to 5 micrometer, and more preferably 0.05 to 1 micrometer. In the present specification, the term "microporous" means a pore having a diameter <2 nm, the term "mesoporous" means a diameter of 2 to 50 nm, and the term "macroporous" means a diameter> 50 nm. do. The microstructure of the separation layer in the CMS is generally characterized by microporous. The support layer is generally characterized by a microstructure in which the pores are microporous, macroporous, or both.
膜のガス透過特性は、ガス透過実験によって判定することができる。２つの固有特性が、膜材料の分離性能の評価における有用性を有し、その「透過率」は膜の固有の生産性の尺度であり、「選択率」は膜の分離効率の尺度である。典型的には、バレル（１バレル＝１０－１０［ｃｍ３（ＳＴＰ）ｃｍ］／［ｃｍ２ｓ ｃｍＨｇ］）で「透過率」を判定する。それは、膜の上流と下流との間の分圧差（Δｐｉ）によって流束（ｎｉ）を割り、そして膜の厚さを掛けることによって計算する（ｌ）。 The gas permeation characteristics of the membrane can be determined by a gas permeation experiment. Two intrinsic properties have usefulness in assessing the separation performance of a membrane material, its "transmittance" is a measure of the inherent productivity of the membrane and "selectivity" is a measure of the separation efficiency of the membrane. .. Typically, the "transmittance" is determined by a barrel (1 barrel = 10-10 [cm 3 (STP) cm] / [cm 2 s cmHg]). It is calculated by dividing the flux ( ni ) by the pressure difference (Δpi) between the upstream and downstream of the membrane and multiplying by the thickness of the membrane ( l ).
「透過度」という別の用語は、本明細書では非対称中空繊維膜の生産性として定義され、典型的にはガス透過単位（ＧＰＵ）（１ＧＰＵ＝１０－６［ｃｍ３（ＳＴＰ）］／［ｃｍ２ｓ ｃｍＨｇ］）で測定され、有効な膜分離層の厚さで透過率を割ることによって決定される。 Another term "permeability" is defined herein as productivity of asymmetric hollow fiber membranes, typically gas permeation units (GPU) (1 GPU = 10-6 [cm 3 (STP)] / [. cm 2 s cmHg]) and determined by dividing the transmittance by the thickness of the effective membrane separation layer.
最後に「選択率」は、あるガスの膜を通る透過能力または別のガスの同じ特性と比較した透過度として本明細書において定義される。それは、単位のない比率として測定される。 Finally, "selectivity" is defined herein as the permeation capacity of one gas through a membrane or the permeability compared to the same properties of another gas. It is measured as a unitless ratio.
特定の実施形態では、その方法によって製造された非対称中空ＣＭＳ膜は、標的ガス分子（透過物）に対して少なくとも５ＧＰＵの透過度および少なくとも１０の選択率を有する炭素中空繊維ＣＭＳ膜を可能にする。特定の実施形態では、透過／残余ガス分子ペアは、エチレン／エタン、プロピレン／プロパン、ブチレン／ブタン、水素／エチレン、メタン／二酸化炭素、メタン／水、酸素／窒素、またはメタン／硫化水素であり得る。実例として、供給ガスは、一般に、少なくとも５０％の透過ガス分子（例えばエチレンまたはプロピレン）および２５％の残余ガス分子（例えばエタンまたはプロパン）から成る。 In certain embodiments, the asymmetric hollow CMS membrane produced by that method allows for a carbon hollow fiber CMS membrane with a permeability of at least 5 GPUs and a selectivity of at least 10 for the target gas molecule (permeate). .. In certain embodiments, the permeation / residual gas molecule pair is ethylene / ethane, propylene / propane, butylene / butane, hydrogen / ethylene, methane / carbon dioxide, methane / water, oxygen / nitrogen, or methane / hydrogen sulfide. obtain. As an example, the feed gas generally consists of at least 50% permeate gas molecules (eg ethylene or propylene) and 25% residual gas molecules (eg ethane or propane).
特定の実施形態では、製造されたＣＭＳ膜は、プロピレン（透過物）に対して少なくとも５ＧＰＵの透過度およびプロピレン／プロパンに対して少なくとも２０の選択率を有する。この実施形態では、透過度は、プロピレンに対して少なくとも１２、１５、またはさらには１８ＧＰＵであることが望ましい。同様に、この実施形態では、選択率は、プロピレン／プロパンに対して少なくとも３０、４０、４５、またはさらには５０である。特定の実施形態では、製造されたＣＭＳ膜は、エチレン（透過物）に対して少なくとも５ＧＰＵの透過度およびプロピレン／プロパンに対して少なくとも６の選択率を有する。望ましくは、この実施形態では、透過度は、エチレンに対して少なくとも１０、１５、１８、またはさらには２０ＧＰＵである。同様に、この実施形態では、選択性は、エチレン／エタンに対して少なくとも８、１０、またはさらには１２である。さらなる実施形態では、製造されたＣＭＳ膜は、ブチレン（透過物）に対して少なくとも５ＧＰＵの透過度およびブチレン／ブタンに対して少なくとも５の選択率を有する。望ましくは、この実施形態では、透過度は、ブチレンに対して少なくとも１０、２０、３０、またはさらには４０ＧＰＵである。同様に、この実施形態では、選択性は、ブチレン／ブタンに対して少なくとも１０、１５、またはさらには３０である。 In certain embodiments, the produced CMS membrane has a permeability of at least 5 GPUs for propylene (permeate) and a selectivity of at least 20 for propylene / propane. In this embodiment, the permeability is preferably at least 12, 15, or even 18 GPUs relative to propylene. Similarly, in this embodiment, the selectivity is at least 30, 40, 45, or even 50 relative to propylene / propane. In certain embodiments, the produced CMS membrane has a permeability of at least 5 GPUs for ethylene (permeate) and a selectivity of at least 6 for propylene / propane. Desirably, in this embodiment, the permeability is at least 10, 15, 18, or even 20 GPUs relative to ethylene. Similarly, in this embodiment, the selectivity is at least 8, 10, or even 12 for ethylene / ethane. In a further embodiment, the produced CMS membrane has a permeability of at least 5 GPUs for butylene (permeate) and a selectivity of at least 5 for butylene / butane. Desirably, in this embodiment, the permeability is at least 10, 20, 30, or even 40 GPUs relative to butylene. Similarly, in this embodiment, the selectivity is at least 10, 15, or even 30 relative to butylene / butane.
ＣＭＳ膜は、上記のもの等の大きさが同様のガスを分離するのに特に好適であり、ＣＭＳ膜を通して所望のガス分子および少なくとも１つの他のガス分子を含有するガス供給を供給することに関与する。ガスを流すと、増加濃度の所望のガス分子を有する第１の流れと、増加濃度の他のガス分子を有する第２の流れと、が得られる。プロセスは、前述のガスの対のうちのいずれかを分離するために利用され得、エチレンおよびエタンまたはプロピレンおよびプロピレンを分離するために特に好適である。プロセスを実践するとき、ＣＭＳ膜は、密閉可能なエンクロージャ内に収容される、本発明の方法によって生成された少なくとも１つの炭素分子篩膜から成る複数の炭素分子篩膜から成る密閉可能なエンクロージャを備えるモジュールに組み立てられることが望ましい。密閉可能なエンクロージャは、少なくとも２つの異なるガス分子から成るガス供給を導入する注入口と、透過ガス流の流出を可能にするための第１の放出口と、残余ガス流の流出のための第２の放出口とを有する。 The CMS membrane is particularly suitable for separating gases of similar size, such as those described above, to supply a gas supply containing the desired gas molecule and at least one other gas molecule through the CMS membrane. Involved. Flowing the gas yields a first stream with an increased concentration of the desired gas molecule and a second stream with an increased concentration of other gas molecules. The process can be utilized to separate any of the gas pairs described above and is particularly suitable for separating ethylene and ethane or propylene and propylene. When practicing the process, the CMS membrane is housed in a sealable enclosure, a module comprising a sealable enclosure consisting of a plurality of carbon molecular sieve membranes consisting of at least one carbon molecular sieve membrane produced by the method of the invention. It is desirable to be assembled to. The sealable enclosure has an inlet that introduces a gas supply consisting of at least two different gas molecules, a first outlet to allow the outflow of permeated gas flow, and a first for the outflow of residual gas flow. It has two outlets.
比較例１
比較例１のＣＭＳは、６ＦＤＡ：ＢＰＤＡ－ＤＡＭ（１：１）ポリマーを使用して作製した。６ＦＤＡ：ＢＰＤＡ－ＤＡＭはＡｋｒｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ａｋｒｏｎ，ＯＨから入手した。ゲル浸透クロマトグラフィーを実施して分子量を評価した。Ｔｏｓｏｈ ＴＳＫｇｅｌ Ａｌｐｈａ－Ｍカラムを、４ｇ／Ｌの硝酸リチウムを有する０．５ｍＬ／分のジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶離剤を用いて使用した。Ｗａｔｅｒｓ２６９５分離モジュール／Ｖｉｓｃｏｔｅｋ ＴＤＡ３０２インタフェース／Ｗａｔｅｒｓ２４１４ＲＩ検出器を、４０℃において検出器として使用した。ポリマーを０．２５重量％でＤＭＦ中に溶解し、サンプル注入量は１００μＬであった。Ａｇｉｌｅｎｔ ＰＥＯ／ＰＥＧ ＥａｓｉＣａｌ標準を較正に使用した。ポリマーは、８３ｋＤａの重量平均分子量（Ｍｗ）および５．２の多分散性指数（ＰＤＩ）を有していた。ポリマーを真空下１１０℃で２４時間乾燥させ、次いでドープを形成した。そのープは、６ＦＤＡ：ＢＰＤＡ－ＤＡＭポリマーを、表１の溶媒および化合物と混合し、そしてポリテトラフルオロエチレン（ＴＥＦＬＯＮ（登録商標））キャップで密封されたＱｏｒｐａｋ（商標）ガラス瓶中で毎分５回転（ｒｐｍ）の回転速度で約３週間ロール混合して、均一なドープを形成することによって、作製した。
Comparative Example 1
The CMS of Comparative Example 1 was prepared using a 6FDA: BPDA-DAM (1: 1) polymer. 6FDA: BPDA-DAM was obtained from Akron Polymer Systems, Akron, OH. Gel permeation chromatography was performed to evaluate the molecular weight. A Tosoh TSKgel Alpha-M column was used with a 0.5 mL / min dimethylformamide (DMF) eluent having 4 g / L lithium nitrate. The Waters2695 Separation Module / Viscotek TDA302 Interface / Waters2414RI detector was used as a detector at 40 ° C. The polymer was dissolved in DMF in 0.25% by weight and the sample injection volume was 100 μL. The Agilent PEO / PEG EasiCal standard was used for calibration. The polymer had a weight average molecular weight (M w ) of 83 kDa and a polydispersity index (PDI) of 5.2. The polymer was dried under vacuum at 110 ° C. for 24 hours, then a dope was formed. The poop is a mixture of 6FDA: BPDA-DAM polymer with the solvents and compounds in Table 1 and 5 rpm in a Qorpac ™ glass bottle sealed with a polytetrafluoroethylene (TEFLON®) cap. It was made by rolling and mixing at a rotation speed of (rpm) for about 3 weeks to form a uniform dope.
均一なドープを５００ミリリットル（ｍＬ）シリンジポンプに充填し、加熱テープを使用してポンプを設定点温度５０℃まで加熱することにより一晩脱気した。 A uniform dope was filled into a 500 ml (mL) syringe pump and degassed overnight by heating the pump to a set point temperature of 50 ° C. using heating tape.
ボア流体（ボア流体総重量に基づいて８０重量％のＮＭＰおよび２０重量％の水）を別の１００ｍＬシリンジポンプに充填し、次いでドープおよびボア流体を、ドープに関しては毎時１００ミリリットル（ｍＬ／時）およびボア流体に関しては１００ｍＬ／時の流量で運転し、４０μｍおよび２μｍの金属フィルターを使用して送達ポンプと紡糸口金との間で、直列でボア流体およびドープの両方を濾過しながら、紡糸口金を通してドープおよびボア流体を共押出した。温度は、紡糸口金、ドープフィルター、およびドープポンプに配置した熱電対および加熱テープを使用して設定点温度７０℃で制御した。 Fill another 100 mL syringe pump with bore fluid (80 wt% NMP and 20 wt% water based on total bore fluid weight), then dope and bore fluid, 100 ml / h (mL / hour) for dope. And for the bore fluid, operate at a flow rate of 100 mL / hour and pass through the spout while filtering both the bore fluid and the dope in series between the delivery pump and the spun using 40 μm and 2 μm metal filters. The dope and bore fluid were co-extruded. The temperature was controlled at a set point temperature of 70 ° C. using thermocouples and heating tapes placed on the spinneret, dope filter, and dope pump.
５センチメートル（ｃｍ）の空隙を通過した後、紡糸口金によって形成された初期の繊維を水浴（５０℃）で急冷し、繊維を相分離させた。直径０．３２メートル（ｍ）のポリエチレンドラムを使用して、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ガイド上を通過させ、５メートル毎分（ｍ／分）の巻き取り速度で運転して、繊維を集めた。 After passing through a 5 cm (cm) void, the initial fibers formed by the spinneret were quenched in a water bath (50 ° C.) to phase separate the fibers. Using a polyethylene drum with a diameter of 0.32 m (m), the fibers were collected by passing over a TEFLON® guide and operating at a take-up speed of 5 m / min (m / min).
繊維をドラムから切り取り、４８時間かけて別の水浴中で少なくとも４回濯いだ。濯いだ繊維を回収し、それらを１００℃の設定点温度で２時間にわたりアルゴンパージ下で乾燥させる前に、ガラス容器中で濯いだ繊維および有効な溶媒を、２０分間メタノールと、次いで２０分間ヘキサンと、３回交換する。 The fibers were cut from the drum and rinsed at least 4 times in another water bath over 48 hours. Before recovering the rinsed fibers and drying them at a set point temperature of 100 ° C. for 2 hours under an argon purge, rinse the fibers and effective solvent in a glass container for 20 minutes with methanol and then 20. Replace with hexane for 3 minutes.
繊維を熱分解する前に、サンプル量の上記の繊維（「前駆体繊維」としても既知である）を、スキンの完全性について試験した。１つ以上の中空前駆体繊維を１／４インチ（０．６４ｃｍ）（外径、ＯＤ）のステンレス鋼管に注いだ。各管の末端を１／４インチ（０．６４ｃｍ）ステンレス鋼Ｔ字管に接続し、各Ｔ字管を１／４インチ（０．６４ｃｍ）の雌および雄のＮＰＴ管アダプタに接続し、エポキシでＮＰＴ接合部を密閉した。膜モジュールを定圧透過システムを使用して試験した。アルゴンを透過物側において掃引ガスとして使用した。掃引ガスと透過ガスとを合わせた流量はＢｉｏｓ Ｄｒｙｃａｌ流量計によって測定し、その組成はガスクロマトグラフィーによって測定した。次いで、流量および組成をガス透過度の計算に使用した。各ガスペアに関する選択率をガス透過度の比として計算した。前駆体無欠陥特性試験に使用した混合ガス供給は１０ｍｏｌ％ＣＯ２／９０ｍｏｌ％Ｎ２であった。透過ユニットを３５℃に維持し、供給および透過／掃引圧力をそれぞれ５２および２ｐｓｉｇに維持した。 Prior to thermal decomposition of the fibers, a sample amount of the above fibers (also known as "precursor fibers") was tested for skin integrity. One or more hollow precursor fibers were poured into a quarter inch (0.64 cm) (outer diameter, OD) stainless steel pipe. Connect the end of each tube to a 1/4 inch (0.64 cm) stainless steel T-tube, connect each T-tube to a 1/4 inch (0.64 cm) female and male NPT tube adapter, and epoxy. The NPT joint was sealed with. Membrane modules were tested using a constant pressure permeation system. Argon was used as a sweep gas on the permeate side. The combined flow rate of the sweep gas and the permeated gas was measured by a Bios Drycal flow meter, and its composition was measured by gas chromatography. The flow rate and composition were then used in the calculation of gas permeability. The selectivity for each gas pair was calculated as the ratio of gas permeability. The mixed gas supply used in the precursor defect-free property test was 10 mol% CO 2/90 mol% N 2 . The permeation unit was maintained at 35 ° C. and the supply and permeation / sweep pressures were maintained at 52 and 2 psig, respectively.
さらに、ポリイミドをキャストしてフィルムとし、長さ１５ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．０２２ｍｍの寸法を有するピースに切断し、そのフィルムについて動的機械熱分析を以下のように実施した。ＴＡ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓからのＲＳＡ ＩＩＩレオメーターを使用して、張力モードでポリイミドフィルムに対してＤＭＴＡを実施した。測定中、フィルムをＮ２パージ下に保持した。そのフィルムを最初に２５０℃に加熱し、この温度で１５分間平衡化した。その後、温度を４℃／分の速度で５３５℃まで上昇させ、最後に０．２５℃／分の速度で５５０℃まで上昇させた。振動周波数は６．２８ｒａｄ／秒、ひずみ振幅は０．１％に設定した。ＤＭＴＡ試験の結果を図１および表３に示す。 Further, the polyimide was cast into a film, cut into pieces having dimensions of 15 mm in length, 5 mm in width, and 0.022 mm in thickness, and the film was subjected to dynamic mechanical thermal analysis as follows. DMTA was performed on the polyimide film in tension mode using an RSA III reometer from TA Instruments. The film was held under N 2 purge during the measurement. The film was first heated to 250 ° C. and equilibrated at this temperature for 15 minutes. The temperature was then raised to 535 ° C. at a rate of 4 ° C./min and finally to 550 ° C. at a rate of 0.25 ° C./min. The vibration frequency was set to 6.28 rad / sec, and the strain amplitude was set to 0.1%. The results of the DMTA test are shown in FIGS. 1 and 3.
前駆体繊維の各々をステンレス鋼ワイヤを使用してステンレス鋼ワイヤメッシュプレートに、別々に結合させるか、または互いに接触している多数の中空繊維を含有する束で結合させて、該プレート上に前駆体繊維を配置することによって、中空繊維を熱分解してＣＭＳ膜を形成した。中空繊維とメッシュプレートの組み合わせを管状炉内にある石英管に配置した。膜を不活性ガス（毎分２００標準立方センチメートルの速度（ｓｃｃｍ）で流れるアルゴン）下で熱分解した。熱分解の前に、管状炉を排気し、次いで最低６時間その管状炉をパージして酸素レベルを５ｐｐｍ未満に下げることによって、管状炉を酸素についてパージした。全ての繊維を、２℃／分のランプ速度で７０℃まで予熱し、次いで１３．３℃／分のランプ速度で２５０℃まで加熱し、続いて３．８５℃／分のランプ速度で５３５℃まで加熱し、そして０．２５℃／分で５５０℃まで加熱し、最後に、２時間、５５０℃で浸漬した。浸漬時間の後、炉を、止め、流動アルゴン下で冷却し（受動的に冷却された）、典型的には約４～６時間で冷却した。 Each of the precursor fibers is bonded separately to the stainless steel wire mesh plate using stainless steel wire or in a bundle containing a large number of hollow fibers in contact with each other and the precursor is bonded onto the plate. By arranging the body fibers, the hollow fibers were thermally decomposed to form a CMS film. A combination of hollow fibers and mesh plates was placed in a quartz tube inside a tube furnace. The membrane was pyrolyzed under an inert gas (argon flowing at a rate of 200 standard cubic centimeters per minute (sccm)). Prior to pyrolysis, the tube furnace was purged for oxygen by evacuating the tube furnace and then purging the tube furnace for at least 6 hours to reduce the oxygen level to less than 5 ppm. All fibers are preheated to 70 ° C. at a ramp rate of 2 ° C./min, then heated to 250 ° C. at a ramp rate of 13.3 ° C./min, followed by 535 ° C. at a ramp rate of 3.85 ° C./min. Heated to 550 ° C. at 0.25 ° C./min and finally soaked at 550 ° C. for 2 hours. After the immersion time, the furnace was shut down and cooled under flowing argon (passively cooled), typically cooling in about 4-6 hours.
冷却後、繊維を不活性ガス流下に２４時間静置して、新たに形成されたＣＭＳを安定化させた。熱分解後の繊維は互いに粘着しており、任意のガス分離試験の前に注意深く分離させなければならなかった。非対称中空繊維ＣＭＳを形成するための熱分解前および熱分解後の非対称ポリイミド中空繊維を、図３ａおよび図３ｂの走査型電子顕微鏡写真で示す。その顕微鏡写真から、ＣＭＳ中空繊維の分離層は、対応するポリイミド層の分離より実質的に大きいことが容易に明らかであり、これは多孔質支持構造の有意な崩壊を示している。 After cooling, the fibers were allowed to stand under an inert gas stream for 24 hours to stabilize the newly formed CMS. The fibers after pyrolysis were sticky to each other and had to be carefully separated prior to any gas separation test. Asymmetric polyimide hollow fibers before and after pyrolysis for forming an asymmetric hollow fiber CMS are shown in the scanning electron micrographs of FIGS. 3a and 3b. From the micrographs it is easy to see that the separation layer of the CMS hollow fiber is substantially larger than the separation of the corresponding polyimide layer, indicating a significant disintegration of the porous support structure.
モジュール作製および透過試験のために、熱分解前にメッシュ上で分離された繊維を使用した。その後、それらを炉から取り出し、上記のようにモジュールに入れた。初期試験のために透過試験システムに装填する前に、モジュールを少なくとも２時間硬化させた。全ての透過試験は、３５℃で２ｐｓｉｇのアルゴンパージで、上流および下流が５２ｐｓｉｇの上記した定圧システムにおいて、プロピレンとプロパン、またはエチレンとエタン、または水素とエチレンの５０：５０混合物を使用して、測定した。ステージカットは１％未満に維持した。安定した性能のために、膜は実験室に少なくとも３ヶ月間静置し、安定性能について試験した。各試験について、浸透は数時間行い、ほとんどの場合２０時間を超えた。透過度および選択率の結果を表４に示す。 Fibers separated on the mesh before pyrolysis were used for modularization and permeation testing. They were then removed from the furnace and placed in the module as described above. The module was cured for at least 2 hours before loading into the permeation test system for initial testing. All permeation tests were performed with a 2 psig argon purge at 35 ° C. using a 50:50 mixture of propylene and propane, or ethylene and ethane, or hydrogen and ethylene in the above constant pressure system with 52 psig upstream and downstream. It was measured. The stage cut was maintained at less than 1%. For stable performance, the membranes were allowed to stand in the laboratory for at least 3 months and tested for stability. For each test, penetration was performed for several hours, most often over 20 hours. The results of transparency and selectivity are shown in Table 4.
実施例１
６ＦＤＡ／ＰＭＤＡのモル比が１／３（２５％／７５％）である６ＦＤＡ／ＰＭＤＡ－ＤＡＭポリイミドを以下のようにして作製した。ゆっくりとＮ２で掃引した３つ首２Ｌフラスコに、６１１グラムの１－メチル－２－ピロリジノン（６１１グラム）、トルエン（５０ｍＬ）を充填し、磁気撹拌棒で撹拌した。トルエンを混合物からディーンスターク型トラップへ蒸留し、排出させた。撹拌しながら装置を室温に冷却した。ディーンスターク型トラップを取り外し、フラスコを正圧のＮ２下に置いた。真空昇華型ピロメリット酸二無水物（４０．８８７グラム、０．１８７４５ｍｏｌ）、真空昇華型４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸無水物（２７．７５１グラム、６２．４６８ｍｍｏｌ）、真空昇華型無水マレイン酸（０．５７４グラム、５．８５ｍｍｏｌ）、および２，４，６－リメチル－ｍ－フェニレンジアミン（３７．９７６グラム、０．２５２８０ｍｏｌ）を、モノマーを洗い流すために使用される１０ｍＬの乾燥１－メチル－２－ピロリジノンと共にフラスコに添加した。オーバーヘッド撹拌下で約４４時間反応させた後、ポリアミック酸の固有粘度は０．７３ｄＬ／ｇ（０．１０６４ｇ／ｄＬ、３０．０℃、１－メチル－２－ピロリジノン）であった。撹拌したポリアミック酸溶液に、乾燥３－ピコリン（２５．８ｍＬ）を注入し、それと共に、１－メチル－２－ピロリジノン（２２６ｍＬ）および無水酢酸（２２６ｍＬ）の溶液を約２時間かけて滴加し、一晩撹拌を続けた。ポリイミド生成物を、撹拌したメタノール（約６Ｌ）中で沈殿させることにより単離し、ポリイミドを、濾過により集め、続いて新鮮なメタノールで４回洗浄した。そのポリイミド生成物を、約１００℃の真空オーブン中で一定重量になるまで乾燥させた。回収収量は９４グラムであった。ポリイミドの固有粘度は０．７５ｄＬ／ｇ（０．１０４４ｇ／ｄＬ、３０．０℃、１－メチル－２－ピロリジノン）であった。同じＧＰＣ条件を使用すると、ポリマーＭｗは４６．７ｋＤａであり、ＰＤＩは３．０であることが分かった。
Example 1
A 6FDA / PMDA-DAM polyimide having a 6FDA / PMDA molar ratio of 1/3 (25% / 75%) was prepared as follows. A three-necked 2L flask slowly swept with N2 was filled with 611 grams of 1-methyl-2-pyrrolidinone (611 grams) and toluene (50 mL) and stirred with a magnetic stir bar. Toluene was distilled from the mixture into a Dean-Stark trap and discharged. The device was cooled to room temperature with stirring. The Dean-Stark trap was removed and the flask was placed under positive pressure N2. Vacuum sublimated pyromellitic acid dianhydride (40.878 g, 0.18745 mol), vacuum sublimated 4,4'-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride (27.751 g, 62.468 mmol), vacuum Sublimated maleic anhydride (0.574 g, 5.85 mmol) and 2,4,6-lymethyl-m-phenylenediamine (37.976 g, 0.25280 mol), 10 mL used to wash away the monomer. Was added to the flask with dried 1-methyl-2-pyrrolidinone. After reacting for about 44 hours under overhead stirring, the intrinsic viscosity of the polyamic acid was 0.73 dL / g (0.1064 g / dL, 30.0 ° C., 1-methyl-2-pyrrolidinone). Dry 3-picoline (25.8 mL) is injected into the stirred polyamic acid solution, along with a solution of 1-methyl-2-pyrrolidinone (226 mL) and acetic anhydride (226 mL), which is added dropwise over about 2 hours. , Continued stirring overnight. The polyimide product was isolated by precipitation in stirred methanol (about 6 L) and the polyimide was collected by filtration followed by washing 4 times with fresh methanol. The polyimide product was dried in a vacuum oven at about 100 ° C. to a constant weight. The recovered yield was 94 grams. The intrinsic viscosity of the polyimide was 0.75 dL / g (0.1044 g / dL, 30.0 ° C., 1-methyl-2-pyrrolidinone). Using the same GPC conditions, the polymer Mw was found to be 46.7 kDa and the PDI was found to be 3.0.
本実施例のポリイミドは、ドープ組成を表２に示すとおりとし、下記の異なる点以外は、比較例１と同様にして中空繊維に成形した。ドープおよびボア流体の流量は両方とも１００ｍＬ／時であった。紡糸口金の温度は７０℃であり、急冷浴の温度は２８．６℃であった。空隙は１５ｃｍであり、巻き取り速度は１０ｍ／分であった。同様にポリイミドをキャストしてフィルムにし、ＤＭＴＡを実施し、その結果を図１および表３に示した。ポリイミド繊維の形成後、それらを比較例１に記載したように熱分解した。繊維は、構造崩壊を示さない内側多孔質支持層と、作製されたポリイミド繊維中の対応する分離領域（図２ａ）に比べて図２ｂに示されている約５マイクロメートルの明確な分離領域と、を有していた。さらに、繊維は、熱分解後、全く互いに粘着せず、束ねられ、熱分解の間に互いに接触しても、容易に分離された。 The polyimide of this example had a dope composition as shown in Table 2, and was molded into hollow fibers in the same manner as in Comparative Example 1 except for the following differences. Both the dope and bore fluid flow rates were 100 mL / hour. The temperature of the spinneret was 70 ° C. and the temperature of the quenching bath was 28.6 ° C. The void was 15 cm and the winding speed was 10 m / min. Similarly, polyimide was cast into a film, DMTA was carried out, and the results are shown in FIGS. 1 and 3. After the polyimide fibers were formed, they were thermally decomposed as described in Comparative Example 1. The fibers have an inner porous support layer that does not show structural collapse and a clear separation region of about 5 micrometers shown in FIG. 2b compared to the corresponding separation region (FIG. 2a) in the polyimide fiber produced. Had. In addition, the fibers did not adhere to each other at all after pyrolysis, were bundled, and were easily separated when contacted with each other during pyrolysis.
繊維を炉から取り出した後、それらを上記のようにモジュールに入れた。その膜を少なくとも３ヶ月間エージングしてから試験した。各試験について、反復可能な安定した結果を確実に得るために透過を複数回行い、典型的には２０時間超行った。その結果を表４に示す。 After removing the fibers from the furnace, they were placed in a module as described above. The membrane was aged for at least 3 months before testing. For each test, multiple permeation was performed to ensure repeatable and stable results, typically> 20 hours. The results are shown in Table 4.
この結果から、実施例１の場合、水素およびプロピレンの透過率は実質的に高いが、エチレンおよびプロパンそれぞれとペアにした場合の選択率は少なくとも同じであることが容易に分かる。 From this result, it can be easily seen that in the case of Example 1, the transmittances of hydrogen and propylene are substantially high, but the selectivity when paired with ethylene and propane is at least the same.
実施例２（ポリイミドの説明）
６ＦＤＡ／ＰＭＤＡのモル比１／１（５０％／５０％）を有する６ＦＤＡ／ＰＭＤＡ－ＤＡＭポリイミドを、以下のように作製した。ゆっくりとＮ２で掃引した３つ首１００ｍＬフラスコに、４３．８ｍＬの１－メチル－２－ピロリジノン、トルエン（１０ｍＬ）を充填し、磁気撹拌棒で撹拌した。トルエンを混合物からディーンスターク型トラップへ蒸留し、排出させた。撹拌しながら装置を室温に冷却した。ディーンスターク型トラップを取り外し、フラスコを正圧のＮ２下に置いた。真空昇華型ピロメリット酸二無水物（１．１３３グラム、５．１９２ｍｍｏｌ）、真空昇華型４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸無水物（２７．７５１グラム、５．１９２ｍｍｏｌ）、および２，４，６－トリメチル－ｍ－フェニレンジアミン（１．５６０グラム、１０．３８ｍｍｏｌ）をフラスコに添加した。オーバーヘッド撹拌下で約９２時間反応させた後、ポリアミック酸の固有粘度は１．０６ｄＬ／ｇ（０．１０３５ｇ／ｄＬ、３０．０℃、１－メチル－２－ピロリジノン）であった。注入した乾燥３－ピコリン（１．０５ｍＬ）中撹拌したポリアミック酸溶液に対して１－メチル－２－ピロリジノン（９．２ｍＬ）と無水酢酸（９．２ｍＬ）との溶液を約２時間にわたって滴加し、一晩撹拌した。ポリイミド生成物を、撹拌したメタノール（約２５０ｍＬ）中で沈殿させることにより単離し、ポリイミドを濾過により集め、続いて新しいメタノールで３回洗浄した。そのポリイミド生成物を、約９５℃の真空オーブン中で一定重量になるまで乾燥させた。回収収量は９４グラムであった。ポリイミドの固有粘度は０．９６ｄＬ／ｇ（０．１０４４ｇ／ｄＬ、３０．０℃、１－メチル－２－ピロリジノン）であった。同様にポリイミドをフィルムにキャストし、ＤＭＴＡを実施した結果を図１および表３に示した。このポリイミドは実施例１のポリイミドと同様に機能すると予想される。
Example 2 (Explanation of Polyimide)
A 6FDA / PMDA-DAM polyimide having a molar ratio of 6FDA / PMDA of 1/1 (50% / 50%) was prepared as follows. A 3-
実施例３
６ＦＤＡ／ＰＭＤＡのモル比１／３（２５％／７５％）を有する第１の６ＦＤＡ／ＰＭＤＡ－ＤＡＭポリイミドを以下のようにして作製した。ゆっくりとＮ２で掃引した３つ首２Ｌフラスコに、６６７グラムの１－メチル－２－ピロリジノンおよびトルエン（５０ｍＬ）を充填し、磁気撹拌棒で撹拌した。トルエンを混合物からディーンスターク型トラップに蒸留し、排出した。撹拌しながら装置を室温に冷却した。ディーンスターク型トラップを取り外し、フラスコを正圧のＮ２下に置いた。フラスコに、真空昇華型ピロメリット酸二無水物（４４．９７６グラム、０．２０６２０ｍｏｌ）、真空昇華型４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸無水物（３０．５２６グラム、６８．７１５ｍｍｏｌ）、真空昇華型無水マレイン酸（０．６３１グラム、６．４３ｍｍｏｌ）、および２，４，６－トリメチル－ｍ－フェニレンジアミン（４１．７７４グラム、０．２７８０９ｍｏｌ）を、添加した。オーバーヘッド撹拌下で約４４時間反応させた後、ポリアミック酸の固有粘度は０．９４ｄＬ／ｇ（０．１０３６ｇ／ｄＬ、３０．０℃、１－メチル－２－ピロリジノン）であった。撹拌したポリアミック酸溶液に、乾燥３－ピコリン（２８．４ｍＬ）を注入し、それと共に、１－メチル－２－ピロリジノン（２４９ｍＬ）と無水酢酸（２４９ｍＬ）との溶液を約２時間かけて滴加し、４０時間撹拌を続けた。ポリイミド生成物を、撹拌したメタノール（約８Ｌ）中で沈殿させることにより単離し、ポリイミドを、濾過により集め、続いて新鮮なメタノールで４回洗浄した。そのポリイミド生成物を、約１００℃の真空オーブン中で一定重量になるまで乾燥させた。回収収量は９４グラムであった。ポリイミドの固有粘度は０．９８ｄＬ／ｇ（０．１０２４ｇ／ｄＬ、３０．０℃、１－メチル－２－ピロリジノン）であった。同じＧＰＣ条件を使用すると、Ｍｗは５５．２ｋＤａであり、ＰＤＩは３．８であった。
Example 3
The first 6FDA / PMDA-DAM polyimide having a molar ratio of 6FDA / PMDA of 1/3 (25% / 75%) was prepared as follows. A three-necked 2L flask slowly swept with N 2 was filled with 667 grams of 1-methyl-2-pyrrolidinone and toluene (50 mL) and stirred with a magnetic stir bar. Toluene was distilled from the mixture into a Dean-Stark trap and discharged. The device was cooled to room temperature with stirring. The Dean-Stark trap was removed and the flask was placed under positive pressure N2 . Vacuum sublimated pyromellitic acid dianhydride (44.976 g, 0.20620 mol), vacuum sublimated 4,4'-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride (30.526 g, 68.715 mmol) in a flask. ), Vacuum sublimated maleic anhydride (0.631 g, 6.43 mmol), and 2,4,6-trimethyl-m-phenylenediamine (41.774 g, 0.27809 mol) were added. After reacting for about 44 hours under overhead stirring, the intrinsic viscosity of the polyamic acid was 0.94 dL / g (0.1036 g / dL, 30.0 ° C., 1-methyl-2-pyrrolidinone). Dry 3-picoline (28.4 mL) is injected into the stirred polyamic acid solution, and a solution of 1-methyl-2-pyrrolidinone (249 mL) and acetic anhydride (249 mL) is added dropwise over about 2 hours. And stirring was continued for 40 hours. The polyimide product was isolated by precipitation in stirred methanol (about 8 L) and the polyimide was collected by filtration followed by washing 4 times with fresh methanol. The polyimide product was dried in a vacuum oven at about 100 ° C. to a constant weight. The recovered yield was 94 grams. The intrinsic viscosity of the polyimide was 0.98 dL / g (0.1024 g / dL, 30.0 ° C., 1-methyl-2-pyrrolidinone). Using the same GPC conditions, Mw was 55.2 kDa and PDI was 3.8.
６ＦＤＡ／ＰＭＤＡのモル比が１／３（２５％／７５％）である第２の６ＦＤＡ／ＰＭＤＡ－ＤＡＭポリイミドを以下のようにして作製した。ゆっくりとＮ２で掃引した３つ首２Ｌフラスコに、６６７．３グラムの１－メチル－２－ピロリジノンおよびトルエン（５０ｍＬ）を充填し、磁気撹拌棒で撹拌した。トルエンを混合物からディーンスターク型トラップに蒸留し、排出した。撹拌しながら装置を室温に冷却した。ディーンスターク型トラップを取り外し、フラスコを正圧のＮ２下に置いた。フラスコに、真空昇華型ピロメリット酸二無水物（４４．８０３グラム、０．２０５４０ｍｏｌ）、真空昇華型４，４’－（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸無水物（３０．４１６グラム、６８．４６８ｍｍｏｌ）、真空昇華型無水マレイン酸（０．８２６グラム、８．４３ｍｍｏｌ）、および２，４，６－トリメチル－ｍ－フェニレンジアミン（４１．７７４グラム、０．２７８０９ｍｏｌ）を、添加した。オーバーヘッド撹拌下で約４４時間反応させた後、ポリアミック酸の固有粘度は０．９０ｄＬ／ｇ（０．１０１６ｇ／ｄＬ、３０．０℃、１－メチル－２－ピロリジノン）であった。撹拌したポリアミック酸溶液に、乾燥３－ピコリン（２８．４ｍＬ）を注入し、それと共に、１－メチル－２－ピロリジノン（２４９ｍＬ）および無水酢酸（２４９ｍＬ）の溶液を約２時間かけて滴加し、４０時間撹拌を続けた。ポリイミド生成物を、撹拌したメタノール（約８Ｌ）中で沈殿させることにより単離し、ポリイミドを、濾過により集め、続いて新鮮なメタノールで４回洗浄した。そのポリイミド生成物を、約１００℃の真空オーブン中で一定重量になるまで乾燥させた。回収収量は９４グラムであった。ポリイミドの固有粘度は０．９０ｄＬ／ｇ（０．１０５６ｇ／ｄＬ、３０．０℃、１－メチル－２－ピロリジノン）であった。同じＧＰＣ条件を使用すると、Ｍｗは４０．５ｋＤａであり、ＰＤＩは３．３であった。 A second 6FDA / PMDA-DAM polyimide having a 6FDA / PMDA molar ratio of 1/3 (25% / 75%) was prepared as follows. A 3-neck 2L flask slowly swept with N 2 was filled with 667.3 grams of 1-methyl-2-pyrrolidinone and toluene (50 mL) and stirred with a magnetic stir bar. Toluene was distilled from the mixture into a Dean-Stark trap and discharged. The device was cooled to room temperature with stirring. The Dean-Stark trap was removed and the flask was placed under positive pressure N2 . Vacuum sublimated pyromellitic acid dianhydride (44.803 g, 0.20540 mol), vacuum sublimated 4,4'-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride (30.416 g, 68.468 mmol) in a flask. ), Vacuum sublimated maleic anhydride (0.826 g, 8.43 mmol), and 2,4,6-trimethyl-m-phenylenediamine (41.774 g, 0.27809 mol) were added. After reacting for about 44 hours under overhead stirring, the intrinsic viscosity of the polyamic acid was 0.90 dL / g (0.1016 g / dL, 30.0 ° C., 1-methyl-2-pyrrolidinone). Dry 3-picoline (28.4 mL) is injected into the stirred polyamic acid solution, along with a solution of 1-methyl-2-pyrrolidinone (249 mL) and acetic anhydride (249 mL), which is added dropwise over about 2 hours. , Stirring was continued for 40 hours. The polyimide product was isolated by precipitation in stirred methanol (about 8 L) and the polyimide was collected by filtration followed by washing 4 times with fresh methanol. The polyimide product was dried in a vacuum oven at about 100 ° C. to a constant weight. The recovered yield was 94 grams. The intrinsic viscosity of the polyimide was 0.90 dL / g (0.1056 g / dL, 30.0 ° C., 1-methyl-2-pyrrolidinone). Using the same GPC conditions, Mw was 40.5 kDa and PDI was 3.3.
本実施例３の第１および第２のポリイミドを５０／５０重量％でブレンドして非対称中空繊維を形成した。繊維のブレンドしたポリイミドは４７．３ｋＤａのＭｗおよび３．９のＰＤＩを有していた。ポリイミドは、ドープ組成を表５に示すとおりとし、下記の異なる点以外は、実施例１に記載した中空繊維に成形した。ドープおよびボア流体の流量は両方とも１００ｍＬ／時である。紡糸口金の温度は５０℃であり、急冷浴の温度は２５．５℃であった。空隙は５ｃｍ、巻き取り速度は１５ｍ／分であった。 The first and second polyimides of Example 3 were blended at 50/50% by weight to form asymmetric hollow fibers. The fiber-blended polyimide had a M w of 47.3 kDa and a PDI of 3.9. The polyimide had a dope composition as shown in Table 5, and was molded into the hollow fiber described in Example 1 except for the following differences. Both the dope and bore fluid flow rates are 100 mL / hour. The temperature of the spinneret was 50 ° C. and the temperature of the quenching bath was 25.5 ° C. The void was 5 cm and the winding speed was 15 m / min.
以下の違いを除いて、比較例１に記載したようにポリマー繊維を熱分解することによってＣＭＳ繊維を得た。加熱プロトコルは次のとおりであり、すなわち、７０℃／分まで２℃／分で予熱し、２５０℃／分まで１３．３℃／分で加熱し、５８５℃まで３．８５℃／分で加熱し、６００℃まで０．２５℃／分で加熱し、６００℃で２時間浸漬した。実施例１と同様に、中空ＣＭＳ繊維は互いに粘着せず、容易に分離された。図４ａおよび４ｂは、熱分解前の中空ポリイミド繊維およびそれから作製された対応するＣＭＳ繊維の走査型電子顕微鏡写真である。図から、分離領域は、ポリイミド繊維およびＣＭＳ繊維の両方において本質的に同じであり、本質的に構造崩壊がないことを示していることは容易に分かる。 CMS fibers were obtained by thermally decomposing the polymer fibers as described in Comparative Example 1, except for the following differences. The heating protocol is as follows: preheat to 70 ° C / min at 2 ° C / min, heat to 250 ° C / min at 13.3 ° C / min, and heat to 585 ° C at 3.85 ° C / min. Then, it was heated to 600 ° C. at 0.25 ° C./min and immersed at 600 ° C. for 2 hours. Similar to Example 1, the hollow CMS fibers did not adhere to each other and were easily separated. 4a and 4b are scanning electron micrographs of the hollow polyimide fiber before thermal decomposition and the corresponding CMS fiber made from it. From the figure, it is easy to see that the separation regions are essentially the same for both polyimide and CMS fibers, indicating that there is essentially no structural collapse.
（態様１）(Aspect 1)
非対称中空繊維炭素分子篩を作製する方法であって、 A method for producing asymmetric hollow fiber carbon molecular sieves.
（ｉ）ポリイミドと溶媒とからなるドープ溶液を提供することであって、前記ポリイミドは、２５０℃を超える温度において最小の貯蔵弾性率を有し、それは、２５０℃の温度での貯蔵弾性率より小さいが、２５０℃から前記ポリイミドが炭化する温度までの動的機械熱分析を用いて測定した場合１／１０以下である、前記ドープ溶液を提供することと、 (I) To provide a dope solution consisting of a polyimide and a solvent, wherein the polyimide has a minimum storage modulus at a temperature above 250 ° C., which is higher than the storage modulus at a temperature of 250 ° C. To provide the dope solution, which is small but less than 1/10 when measured using dynamic mechanical thermal analysis from 250 ° C. to the temperature at which the polyimide carbonizes.
（ｉｉ）前記ドープ溶液を成形して中空繊維を形成することと、 (Ii) Forming the dope solution to form hollow fibers,
（ｉｉｉ）前記中空繊維から前記溶媒を除去してポリイミド中空繊維を形成することと、 (Iii) To form a polyimide hollow fiber by removing the solvent from the hollow fiber,
（ｉｖ）前記ポリイミド中空繊維を非酸化性である雰囲気中で加熱して前記非対称中空繊維炭素分子篩を形成することと、を含む、方法。 (Iv) A method comprising heating the polyimide hollow fiber in a non-oxidizing atmosphere to form the asymmetric hollow fiber carbon molecular sieve.
（態様２）(Aspect 2)
前記非対称中空繊維炭素分子篩が、前記繊維の内面および外面によって画定される壁を有し、前記壁は、前記内面から外側ミクロ多孔質分離領域まで延びている内側多孔質支持領域を有し、前記外側ミクロ多孔質分離領域は、前記内側多孔質支持領域から前記外面まで延びている、態様１のいずれか一項に記載の方法。 The asymmetric hollow fiber carbon molecular sieve has a wall defined by the inner and outer surfaces of the fiber, the wall having an inner porous support region extending from the inner surface to the outer microporous separation region. The method according to any one of aspects 1, wherein the outer microporous separation region extends from the inner porous support region to the outer surface.
（態様３）(Aspect 3)
前記方法が、無機安定剤の非存在下で行われて、前記内側多孔質領域の構造崩壊を安定化させる、態様２に記載の方法。 The method according to aspect 2, wherein the method is performed in the absence of an inorganic stabilizer to stabilize the structural collapse of the inner porous region.
（態様４）(Aspect 4)
前記ポリイミド中空繊維が、加熱前に、前記ポリイミド中空繊維の剛性を高めるために前処理されない、態様１～３のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of aspects 1 to 3, wherein the polyimide hollow fiber is not pretreated before heating in order to increase the rigidity of the polyimide hollow fiber.
（態様５）(Aspect 5)
外側分離領域が、前記内面から前記外面まで延びている壁の厚さの最大１０％の厚さを有する、態様４に記載の方法。 The method of
（態様６）(Aspect 6)
外側領域が、０．０５マイクロメートル～１５マイクロメートルの厚さを有する、態様５に記載の方法。 5. The method of aspect 5, wherein the outer region has a thickness of 0.05 micrometer to 15 micrometer.
（態様７）(Aspect 7)
前記雰囲気が、窒素、アルゴン、不活性ガス、またはそれらの混合物である、態様１～６のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of aspects 1 to 6, wherein the atmosphere is nitrogen, argon, an inert gas, or a mixture thereof.
（態様８）(Aspect 8)
前記雰囲気が、流動している、態様１～７のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of aspects 1 to 7, wherein the atmosphere is flowing.
（態様９）(Aspect 9)
前記雰囲気が、大気圧を超える圧力である、態様１～８のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of aspects 1 to 8, wherein the atmosphere is a pressure exceeding atmospheric pressure.
（態様１０）(Aspect 10)
加熱中の前記雰囲気が、１百万分率～３００百万分率の酸素量からなる、態様１～９のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of aspects 1 to 9, wherein the atmosphere during heating comprises an oxygen content of 1 million parts to 300 million parts.
（態様１１）(Aspect 11)
前記貯蔵弾性率の最小値が、２５０℃の温度における貯蔵弾性率の最大１／７．５である、態様１～１０のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of aspects 1 to 10, wherein the minimum value of the storage elastic modulus is a maximum of 1 / 7.5 of the storage elastic modulus at a temperature of 250 ° C.
（態様１２）(Aspect 12)
前記貯蔵弾性率の最小値が、２５０℃の温度における貯蔵弾性率の最大で１／５である、態様１～１１のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of aspects 1 to 11, wherein the minimum value of the storage elastic modulus is at most 1/5 of the storage elastic modulus at a temperature of 250 ° C.
（態様１３）(Aspect 13)
前記ポリイミドが、前記ドープ溶液の少なくとも１５重量％～５０重量％の量で可溶化される、態様１～１２のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of aspects 1 to 12, wherein the polyimide is solubilized in an amount of at least 15% by weight to 50% by weight of the dope solution.
（態様１４）(Aspect 14)
前記ポリイミドが、前記ドープ溶液の少なくとも２０重量％～３０重量％の量で可溶化される、態様１４に記載の方法。 14. The method of
（態様１５）(Aspect 15)
前記ポリイミドが、二無水物とジアミンとの反応生成物である、態様１～１４のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of aspects 1 to 14, wherein the polyimide is a reaction product of dianhydride and diamine.
（態様１６）(Aspect 16)
前記二無水物が、前記二無水物内に回転自由度を有しない芳香族二無水物からなる、態様１５に記載の方法。 The method according to aspect 15, wherein the dianhydride comprises an aromatic dianhydride having no rotational degree of freedom within the dianhydride.
（態様１７）(Aspect 17)
前記二無水物が、前記二無水物内に回転自由度を有しない前記二無水物と、前記二無水物内に回転自由度を有する二無水物と、からなる、態様１６に記載の方法。 The method according to aspect 16, wherein the dianhydride comprises the dianhydride having no rotational degree of freedom in the dianhydride and the dianhydride having a rotational degree of freedom in the dianhydride.
（態様１８）(Aspect 18)
回転自由度を有しない前記二無水物が、ピロメリット酸二無水物、ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、ベンゾキノンテトラカルボン酸二無水物、またはそれらの組み合わせである、態様１６または１７に記載の方法。 16. The method of aspect 16 or 17, wherein the dianhydride having no rotational freedom is pyromellitic acid dianhydride, naphthalenetetracarboxylic acid dianhydride, benzoquinone tetracarboxylic acid dianhydride, or a combination thereof. ..
（態様１９）(Aspect 19)
回転自由度を有する前記二無水物が、ベンゾフェノン－３，３’，４，４’－テトラカルボン酸二無水物、５，５’－［２，２，２－トリフルオロ－１－（トリフルオロメチル）エチリデン］－１，３－イソベンゾフランジオン、３，３’，４，４’－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、またはそれらの組み合わせである、態様１６～１８のいずれか一項に記載の方法。 The dianhydride having a degree of rotational freedom is benzofuran-3,3', 4,4'-tetracarboxylic dianhydride, 5,5'-[2,2,2-trifluoro-1- (trifluoro). Methyl) ethylidene] -1,3-isobenzofuranhydride, 3,3', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, or a combination thereof, according to any one of aspects 16-18. Method.
（態様２０）(Aspect 20)
前記ポリイミドが、以下によって表され、 The polyimide is represented by:
（態様２１）(Aspect 21)
Ｘが０．１～０．３５であり、Ｙが０．６５～０．９である、態様２０に記載の方法。 The method according to aspect 20, wherein X is 0.1 to 0.35 and Y is 0.65 to 0.9.
（態様２２）(Aspect 22)
ガス分子と少なくとも１つの他のガス分子とからなるガス供給から、前記ガス分子を分離するためのプロセスであって、 A process for separating said gas molecules from a gas supply consisting of gas molecules and at least one other gas molecule.
（ｉ）態様１～２１のいずれか一項によって製造される前記中空繊維炭素分子篩を提供することと、 (I) To provide the hollow fiber carbon molecular sieve manufactured according to any one of aspects 1 to 21.
（ｉｉ）前記ガス供給を前記非対称中空繊維炭素分子篩を通して流して、増加濃度の前記ガス分子を有する第１の流れと、増加濃度の前記他のガス分子を有する第２の流れとを製造することと、を含む、プロセス。 (Ii) Flowing the gas supply through the asymmetric hollow fiber carbon molecular sieves to produce a first stream having the increased concentration of the gas molecule and a second stream having the other gas molecule of the increased concentration. And, including the process.
（態様２３）(Aspect 23)
前記ガス分子および前記他のガス分子が、水素とエチレン、エチレンとエタン、プロピレンとプロパン、酸素と窒素、水素とメタン、または二酸化炭素とメタンである、態様２２に記載のプロセス。 22. The process of aspect 22, wherein the gas molecule and the other gas molecules are hydrogen and ethylene, ethylene and ethane, propylene and propane, oxygen and nitrogen, hydrogen and methane, or carbon dioxide and methane.
（態様２４）(Aspect 24)
前記ガス分子および前記他のガス分子が、水素とエチレン、エチレンとエタン、またはプロピレンとプロパンである、態様２３に記載の方法。 23. The method of aspect 23, wherein the gas molecule and the other gas molecule are hydrogen and ethylene, ethylene and ethane, or propylene and propane.
（態様２５）(Aspect 25)
複数の非対称中空繊維炭素分子篩からなる密閉可能なエンクロージャを備えるガス分離モジュールであって、前記密封可能なエンクロージャ内に含有された、態様１～２１のいずれか一項によって製造された少なくとも１つの非対称中空繊維炭素分子篩と、少なくとも２つの異なるガス分子からなるガス供給を導入するための入口と、透過ガス流の流出を可能にするための第１の出口と、残余ガス流の流出のための第２の出口と、を含む、ガス分離モジュール。 A gas separation module comprising a sealable enclosure comprising a plurality of asymmetric hollow fiber carbon molecular sieves, wherein the gas separation module is contained in the sealable enclosure and is at least one asymmetric product manufactured according to any one of aspects 1 to 21. Hollow fiber carbon molecular sieves, an inlet for introducing a gas supply consisting of at least two different gas molecules, a first outlet for allowing the outflow of permeated gas flow, and a first for outflow of residual gas flow. Gas separation module, including 2 outlets.
Claims (10)
（ｉ）ポリイミドと溶媒とからなるドープ溶液を提供することと、
（ｉｉ）前記ドープ溶液を成形して中空繊維を形成することと、
（ｉｉｉ）前記中空繊維から前記溶媒を除去してポリイミド中空繊維を形成することと、
（ｉｖ）前記ポリイミド中空繊維を非酸化性である雰囲気中で加熱して前記非対称中空繊維炭素分子篩を形成することと、を含み、
前記ポリイミドの貯蔵弾性率は２５０℃から前記ポリイミドが炭化する温度まで動的機械熱分析を用いて測定され、
２５０℃を超えるいずれかの温度において測定された前記ポリイミドの最小の貯蔵弾性率は２５０℃で測定された前記ポリイミドの貯蔵弾性率より小さく、
２５０℃を超えるいずれかの温度において測定された前記ポリイミドの前記最小の貯蔵弾性率は２５０℃で測定された前記ポリイミドの貯蔵弾性率の１／１０以上である、方法。 A method for producing asymmetric hollow fiber carbon molecular sieves.
(I) To provide a dope solution composed of polyimide and a solvent, and
(Ii) Forming the dope solution to form hollow fibers,
(Iii) To form a polyimide hollow fiber by removing the solvent from the hollow fiber,
(Iv) comprising heating the polyimide hollow fiber in a non-oxidizing atmosphere to form the asymmetric hollow fiber carbon molecular sieve .
The storage modulus of the polyimide is measured from 250 ° C. to the temperature at which the polyimide carbonizes using dynamic mechanical thermal analysis.
The minimum storage elastic modulus of the polyimide measured at any temperature above 250 ° C. is smaller than the storage elastic modulus of the polyimide measured at 250 ° C.
The method , wherein the minimum storage elastic modulus of the polyimide measured at any temperature above 250 ° C. is 1/10 or more of the storage elastic modulus of the polyimide measured at 250 ° C.
前記外側ミクロ多孔質領域が、０．０５マイクロメートル～１５マイクロメートルの厚さを有する、請求項１に記載の方法。 The asymmetric hollow fiber carbon molecular sieve has a wall defined by the inner and outer surfaces of the fiber, and the wall has an inner porous support region extending from the inner surface to the outer microporous region, said outer micro. The porous region extends from the inner porous support region to the outer surface.
The method of claim 1, wherein the outer microporous region has a thickness of 0.05 micrometer to 15 micrometer.
（ｉ）請求項１～９のいずれか一項によって製造される前記中空繊維炭素分子篩を提供することと、
（ｉｉ）前記ガス供給を前記非対称中空繊維炭素分子篩を通して流して、増加濃度の前記ガス分子を有する第１の流れと、増加濃度の前記他のガス分子を有する第２の流れとを製造することと、を含む、プロセス。 A process for separating said gas molecules from a gas supply consisting of gas molecules and at least one other gas molecule.
(I) To provide the hollow fiber carbon molecular sieve manufactured according to any one of claims 1 to 9.
(Ii) Flowing the gas supply through the asymmetric hollow fiber carbon molecular sieves to produce a first stream having the increased concentration of the gas molecule and a second stream having the other gas molecule of the increased concentration. And, including the process.
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